DE2130643C3 - Vorrichtung zur Herstellung einer Nietverbindung - Google Patents

Description

Vorgehen wird das Ermüdungsverhalten der Verbindung merklich verbessert, weil sie bei geeigneter Bemessung des konischen Loches in den Blechen Druck- oder Preßkräfte über die gesamte Schaftlänge des Niets hervorruft. Diese Pressungen sind jedoch außerhalb der dem zweiten Nietkopf benachbarten Zonen, wo sie infolge der Ausweitung des Niets einen erhöhten Wert haben, über die Länge des Schaftes sehr ungleichmäßig verteilt. Im Lauf der Zeit kommt es dann in den Blechen in der Nähe des vorgeformten Kopfes des Niets zum Reißen oder zu einem Bruch. Versuche haben in dei Tat gezeigt, d:.ß gerade in dieser Zone die höchsten wechselnden Zugbeanspruchungen auftreten.

Ferner ist dazu zu sagen, daß die Herstellung konischer Löcher mit genauen Abmessungen in den Blechen eine spezielle und kostspielige Bearbeitung notwendig macht und besondere Vorkehrungen bedingt, wie z. B. eine sehr genaue Kontrolle der F.indringtiefe des verwendeten Werkzeuges.

Um bei einer Nietverbindung einen günstigen Verlauf der Quervorspannungen im Nietschaft zu erzielen, ist in der deutschen Offeniegungsschrift 1 943 811 vorgeschlagen worden, auf der Seite des zu bildenden Schließkopfes des Niets einen dessen Formung beeinflussenden Einsatzring anzuordnen und den vorgeformten Nietkopf mit einer überschüssigen Materialmenge zu versehen, die sich vor der Herstellung der Nietung außerhalb des den Niet aufnehmenden Loches befindet und die beim Nieten durch einen besonderen Stempel in das Lochinnere hineingedrückt werden soll, um dadurch eine Verdickung des Niets an seinem dem Schließkopf entgegengesetzten Ende innerhalb des Loches zu erreichen. Bei einem Senkniet ist /u diesem Zweck der vorgeformte konische Kopf auf seiner Stirnseite mit einer Erhöhung in Form eines Kugel-■.lhsrhnittes oder eines Kegels versehen. Ein derartiger Niet, der im Oberbegriff des Patenianspuu-'ncs α!., ζν. verbessernder Stand der Technik angegeben wurde, soll außer einem zylindrischen Schaft auch einen gleichmäßig verjüngten oder auch einen nur teilweise verjüngten Schaft haben können. Der Durchmesser des in den Blechen vorgesehenen Loches, in das der unverformte Niet eingesetzt wird, ist dabei immer größer als der Durchmesser des Nietschaftes.

Eine Nietverbindung dieser Art erfordert mit dem Einsatzring einen zusätzlichen Teil, der einwandfrei justiert werden muß. Darüber hinaus kann ein solcher Einsatzring in den mit ihm in Berührung stehenden Bereichen der Bleche Zonen von verringerter Festigkeit entstehen lassen und eine einwandfreie Verteilung der Vorspannungen behindern. Auf der Seite des vorgeformten Kopfes muß das überschüssige Material an der Außenseite desselben beim Nietvorgang von diesem Kopfende her zum Fließen in Längsrichtung gebracht werden. Dies erfordert besondere Einrichtungen zur Aufbringung der dazu benötigten hohen Kräfte. Es ist dabei nicht auszuschließen, daß größere Materialverschiebungen sich an einzelne Stellen ungünstig auf die Qualität der Nietverbindung auswirken.

Um bei der Herstellung einer Nietverbindung die Bildung des Schließkopfes zu erleichtern und im Bedarfsfall auch ein leichtes Abtrennen desselben zu ermöglichen, ist in der britischen Patentschrift 263 421 vorgeschlagen worden, das Ende des Nietschaftes mit einer im Querschnitt V-förmigen Kreuznut zu versehen. Bei der dargestellten Ausführung ist der Nietschaft dabei über seine gesamte Länge leicht konisch.

Zur Verhinderung von Querkräften bei Nietverbindungen mit sich überlappenden Teilen sieht die deutsche Patentschrift 335 213 einen formschlüssigen Eingriff der zu diesem Zweck entsprechend profilierten Berührungsflächen vor. Die Verbindung selbst ist durch übliche Doppelkopf-Nieie bewirkt, deren Köpfe von vor dem Nieten konisch eingesenkten Löchern aufgenommen werden.

Die Aufgabe dei Erfindung besteht darin. Vorrichtungen der durch die deutsche Offenlegungsschrift

ίο 1 943 811 bekanntgewordenen und im Oberbegriff des Anspruchs i angegebenen Art insoweit zu verbessern, daß der durch das Verfahren mit der Vorrichtung erreichte Endzustand der Blechverbindung in wesentlich einfacher Weise mit einfachen Mitteln erreicht w ird.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß der Durchmesser des den Niet aufnehmende!! Loches im wesentlichen /wischen einerseits dem Durchmesser des kleinen Querschnitts des konischen Teile*

des Niets und andererseits dem mittleren Wert I ., ! ' 2

der Durchmesser des großen Querschnitts und des kleinen Querschnitts dieses konischen Teiles liegt, wobei der konische Teil des Niets eine im wesentlichen zwischen 1 und 15^U/_O liegende Neigung aufweist, während das Verhältnis des Durchmessers seines großen Querschnitts zum Durchmesser seines kleinen Querschnitts im wesentlichen /wischen 1,05 und 1,25 ließt (1.05 < /)/</< 1,25).

Nach der Einführung des Niets in das zylindrische Loch und vor der Bildung des Schließkopfes haben die Pressungen und damit die Quervorspannungen ihre größten Werte unterhalb des vorgeformten Kopfes und vermindern sich von dieser Zone an bis hin zu demjenigen Querschnitt des Niets, von dem aus der unter Kraftwirkung eingesetzte, aber noch nicht gestauchte Schaft nicht mehr in Berührung mit den m»,-hpn ist. Die Bildung des zweiten Kopfes führt zur Schaffung neuer Pressungen und i^uervui:>|>uri.ii.n;;er·., die ihren Maximalwct unter diesem zweiten Kopf haben und von dort aus abnehmen. Die endgültige Verteilung der Vorspannungen ergibt sich aus der Zusammensetzung der genannten beiden Einzelverleilungen. Die resultierenden, über die Länge des Nietschaftes nicht gleichmäßig verteilten Vorspannungen sind am geringsten im mittleren Teil der Verbindung und nehmen von dort aus zu den beiden Rändern derselben hin zu, um ihre maximalen Werte jeweils unter dem vorgeformten Kopf und unter dem Schließkopf erreichen.

Ein solcher Verlauf der Quervorspannungen, der für die Dauerfestigkeit und den Ermüdungswiderstand der Verbindung von wesentlicher Bedeutung ist und durch den insbesondere auch Brüche unterhalb des vorgeformten Kopfes des Niets verhindert werden, wird mit tier Erfindung auf einfache und praktische Weise erreicht, ohne daß dazu komplizierte Vorrichtungen oder Hilfsmittel benötigt werden. Die Herstellung zylindrischer Löcher mit Durchmessern in den angegebenen Grenzen stellt einen Arbeitsgang üblicher Art dar, der weder den Einsatz spezieller Werkzeuge noch sonstige besondere Vorkehrungen erfordert.

Die Quervorspannungen, die ihre Maximalwerte unter den beiden Nietköpfen haben, verbessern die Dauerfestigkeit und den Ermüdungswiderstand der Verbindung in erheblichem Maße. Versuche haben insbesondere gezeigt, daß die Bleche bei solchen Verbindungen längs des Schaftes keine Zonen aufweisen, in denen der Widerstand gegenüber wechselnden Zug-

bcanspruchungcn merklich geringer als in anderen Zonen ist. Trotz der sehr großen Anzahl von Lastwechseln, denen die Probestücke unterworfen wurden, konnten insbesondere auch keine Brüche unterhalb der Nietköpfe festgestellt werden.

Dies alles zeigt den wesentlichen Vorteil der gemäß der Erfindung ausgebildeten Verbindungen, die sich im Vergleich zu bekannten Verbindungen durch einen um das Zwei- bis Zehnfache höheren Wert der Daucrfcstigkeit bzw. des Ermüdungswiderstandes auszeichnen und deren Herstellung bei alledem keinerlei besondere Schwierigkeiten mit sich bringt.

Bei einer zweck mäßigen Ausführung setzt sich der konische Teil des Niets in einem zylindrischen Teil fort, dessen QucrschniUsdurchmcsser gleich demjenigen des kleinen Querschnitts des konischen Teiles ist. Hierdurch kann der gleiche Niet für Verbindungen von Blechen unterschiedlicher Stärke verwendet werden. Damit ergibt sich ein großer Anwendungsbereich des Niets und eine erhebliche Verringerung der Zahl der erforderlichen Typenreihcn. Es werden somit Vorteile bei der Lagerung erzielt, und es wird die Zahl der Fcrtigungswerkzeuge klein gehalten.

Das vorstehende Ende des zylindrischen Teiles des Niets gestattet außerdem beim Setzen desselben ein einwandfreies und praktisches Zentrieren des Niets in seinem Loch.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnun im einzelnen erläutert, bs zeigen

K i g. 1 und 2 schematisch eine übliche Nietung, wie sie bereits erläutert wurde.

F i g. 3 und 4 zwei Ausführungsformen eines Niets, der die Herstellung der Nietverbindung gestattet und

F-" i g. 5, 6 und 7 schematisch in verschiedenen Stufen die Herstellung einer Verbindung.

Der in F i g. 3 dargestellte Niet 7 umfaßt einen Senkkopf 8 und einen Schaft mit einem konischen Teil 9 von der Länge L und einem zylindrischen Endteil 10. In ähnlicher Torrn weist der in F i g. 4 wiedergegebene Niet 11 einen runden abgeflachten Kopf 12 und einen Schaft mit einem konischen Teil 13 von der Länge L und einem zylindrischen Endteil 14 auf.

Die großen Querschnitte der konischen Teile dieser Niete haben einen Durchmesser D, während die kleinen Querschnitte jeweils einen Durchmesser (/ aufweisen.

Als Beispiele sind in der nachstehenden Tabelle jeweils in Millimetern die Werte der Größen L, ti, D und ihre Toleranzen für eine Reihe von Nieten aus Titan angegeben, die zur Verbindung von Blechen aus einer Aluminiumlegierung bestimmt sind, wie sie üblicherweise in der Luftfahrt verwendet werden. Dabei bedeutet das Zeichen ·. ■■ den Nenndurchmesser der zur Aufnahme der Niete bestimmten Löcher.

	1.8	L	0,2	2,40	d	0,04	2,63	D	0.05
.0 2·50	2,4	f-	0.2	3,20	\	0,05	3.43	\	0,05
3.30	2.70	-1	0.25	3,60	\-	0,05	3,83	4	0,05
3.70	3.00	\	0.25	4,00	Y	0.06	4,23	f	0,05
4.10	3.60	\	0,25	4,80	{·	0.06	5,03	+	0.05
4.90	4.20	\-	0,25	5,60	f	0,06	5,83		0.05
,c 5.70	i				T

F i g. 5 zeigt schematisch zwei miteinander zu verbindende Bleche 15 und 16 mit einem durch dieselben hindurchgehenden zylindrischen Loch 17. Mit gcstrichelten Linien ist dabei ein Niet angedeutet, der zur Herstellung der Verbindung dient und mit Bezug auf das Loch 17 so dimensioniert ist, wie es die vorstehende Tabelle angibt. Beim Setzen des Niets wird dieser unter Krafteinwirkung in das zylindrische Loch 17 eingetrieben (F i g. 6). Dabei erfahren die Bleche 15 und 16 eine Verformung in denjenigen Zonen, die dem konischen Teil des Schaftes in seinem den Lochdurchmesser überschreitenden Durchmesserbereich gegenüberliegen. Bereits vor der Bildung des zweiten Kopfes liegt das verformte Blech in diesen Zonen ohne Spiel und unter der Wirkung von Einzwäng- oder Preßkräften an dem entsprechenden Teil des Schaftes an.

Die Verteilung der Pressungen bzw. Quervorspannungcn ist in dem der F i g. 6 zugeordneten Diagramm schematisch durch die Kurve C₁ gezeigt. Diese Verteilung hat ihren maximalen Wert unter dem vorgeformten Nietkopf und fällt dann bis zu einem bestimmten Querschnitt ab.

Die durch die Bildung des Schließkopf« hervorgerufenen Pressungen bzw. Quervorspannungen in den den gestauchten Partien benachbarten Zonen 18 sind in ihrer Verteilung längs des Nietschaftes in dem der F i g. 7 zugeordneten Diagramm schematisch durch die gestrichelte Linie C_? angedeutet. Damit ergibt sich eine resultierende Verteilung det Preßkräfwi bzw. Qucrvorspannungen. wie sie in diesem Diagramm durch die Kurve C₃ angegeben ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 2 In Fig 1 der Zeichnung ist ein herkömmlicher Patentansprüche: Niet I, beispielsweise aus Titan oder einer Titanlegierung, dargestellt, der die beiden Bleche 2 und 3 mit-

1. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens einander vereinigen soll. Das Spiel, welches der Niet zur Herstellung einer Blechverbindung mit aus 5 in seinem Aufnahmeloch hat, ist in dieser r-igur SL₁^ Metall oder einer Legierung mit erhöhten mecha- übertrieben dargestellt.

nischen Eigenschaften oder Festigkeitswerten, ins- Das Stauchen des vorstehenden hndt-s des schaum besondere aus Titan oder einer Titanlegierung be- verformt den Niet und die Bleche, wie es schematise!, stehendem, einen vorgeformten Kopf und einen in F i g. 2 dargestellt ist. Der Niet nimmt dabei cmc am Ende zur Bildung eines Schließkopfs dienenden io leicht konische, sich zum zweiten Kopt hin eiw .nenu-Schaft aufweisendem Niet, wobei der Niet, der Form an. In denjenigen Bereichen, die nahe den inzwischen dem vorgeformten Kopf und einem End- stauchten Zonen liegen, wie z. B. an der Meile 5. m.ü teil seines Schaftes einen konischen Teil mit auf der Niet eine starke Verbreiterung oder Durchmesser der Seite des Kopfes liegendem großem Querschnitt zunähme erfahren (in Ι· ι g. 2 übertrieben dargeslelh ; aufweist, in ein zylindrisches Loch in den Blechen 15 Sein Schaft befindet sich hier in dichter Berührung n,_:. eingesetzt wird, danach am Schaftende ein zweiler den Blechen, die durch die Ausdehnung des hchafi. . Nietkopi durch Preßkräfte gebildet wird und dabei im Verlauf der Stauchoperation verformt worden sin·.:. das Schaftmaterial in die Blechvvände derart hinein- Diese Erscheinung führt zu Einpreßwirkungen /v. deformiert wird, daß in Schaftlängsrichtung der- sehen den Blechen und dem Schaft, die im Hin-ii.s artige Quervorspannungen gebildet werden, daß 20 auf eine Dauerbeanspruchung und das trmudum
im Hinblick auf die Betriebsspannungen beim verhalten sehr vorteilhaft sind. Dagegen ist in de·, praktischen Einsatz der Blechverbindung an jedem jenigen Bereichen, wie /. B. an der Stelleo, die dem Schaftquerschnitt die günstigsten Festigkeitsvei- vorgeformten Kopf des Niets benachbart sind u:· i hältnisse entstehen, dadurch gekenn- damit von der gestauchten Zone weiter weg liegt-.·:, zeichnet, daß der Durchmesser des Loches 25 eine Veiformung des Niels nicht wahrnehmbar, so dt'. (17) im wesentlichen zwischen einerseits dem nach dem Nietvorgang in diesem Bereich ein gewiss , Durchmei er des kleinen Querschnitts (d) des Spiel zwischen dem Niet und den Blechen besteh.:; konischenTeiles(9.13)de* Niets(7,ll)undanderer- bleiben kann und jedenfalls Einpreßwirkungen pra!

• ■ ·.,, ,,, /D ( i/\ . _. . tisch nicht existieren,

se.ts dem mittleren V, ert ( , ) der Durchmesser _{3o pas Vorhandensem} eines solchen Spiels uor

(D und ä) des großen Querschnitts und des kleinen Zwischenraumes beeinträchtigt natürlich die Dichth. u

Querschnitts dieses konischen Teiles (9,13) liegt, der Verbindung. Wie Dauerversuche gezeigt haben,

wobei der konische Teil (9,13) des Niets eine im führt das Fehlen einer Ausdehnung des Schaftes auf

wesentlichen zwischen 1 und 15% liegende Nei- der Seite des ersten Nietkopfes darüber hinaus noch gung aufweist, während das Verhältnis des Durch- 35 zu einem ganz besonders schwerwiegenden Nachteil,

messers (D) seines großen Querschnitts zum Durch- Wird die Verbindung einer Wechselbeanspruchung

messer (rf) seines kleinen Querschnitts im wesent- unterworfei , so zeigt eine umci Verwendung »w.,

liehen zwischen 1,05 und 1,25 liegt (1,05 < D\d Titarmieten üblicher Art genietete Probe einen erher»-

< 1,25). lieh kleineren Ermüdungs- oder Dauerfestigkeitswert

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- 40 (etwa zwei- bis zehnmal geringer) als eine gleiche kennzeichnet, daß der konische Teil (9, 13) des Probe, welche mit Nieten genietet ist, bei denen über Schaftes sich in einem zylindrischen Teil (10, 14) ihre ganze Länge Ein/wängkräfte oder Preßwirkungen foitsetzt, dessen Querschnitts-Durchmesser (el) zwischen den Blechen und dem Schaft hervorgerufen gleich demjenigen des kleinen Querschnitts des werden.

konischen Teils (9, 13) ist. 45 Die Konstrukteure, die leichte Verbindungen mit

hoher Festigkeit schaffen müssen, wie z. B. in der Luftfahrt, stehen deshalb vor folgender Alternative.

Sie können einerseits Niete aus einem Material mit

erhöhten mechanischen Festigkeitseigenschaften ver-5twenden. In diesem FnII kann, wie vorstehend eiläuten

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung der wurde, nach dem Nietvorgang ein Spiel zwischen den im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Art. Blechen und dem Niet verbleiben, und es sind in Bei hochbeanspruchten Nietverbindungen, wie sie jedem Fall die hervorgerufenen Einzwängkräfte oder in der Luftfahrt und auch auf anderen Gebieten be- Preßwirkungen derart gering, daß die Dauerfestigkeit nötigt werden, müssen die Niete aus Metallen oder 55 bzw. der Ermiidungswiderstand stark herabgesetzt ist. Legierungen mit erhöhten mechanischen Eigenschaften Die andere Möglichkeit besteht in der Verwendung oder Fesligkeitswerten bestehen, wobei deren Grenze »weicherer« Nieten, die sich beim Nietvorgang ausnur durch die Notwendigkeit gegeben ist, beim Niet- reichend verformen, um den Zwischenraum zwischen Vorgang einen zweiten Kopf zu bilden. Die Art des den Flächen auszufüllen und Einzwängkräfte oder Metalls muß daher so sein, daß sie die Ausführung 60 Preßwirkungen herbeizuführen. In diesem Fall erweist dieses Formvorganges gestattet. sich jedoch die mechanische Festigkeit solcher Niete

Bei den herkömmlichen Nieten mit erhöhten Festig- als unzureichend im Hinblick auf die Beanspruchungen, keitseigenschaften ist der Durchmesser des Schaft- denen sie unterworfen werden,
querschnitts geringfügig kleiner als derjenige des Um dieser Alternative zu entgehen, ist seitens des

Loches, welches den Schaft aufnimmt, derart, daß das 65 Erfinders daran gedacht worden, Niete mit einem Spiel zwischen den beiden Oberflächen in der Größen- konischen Teil zu verwenden, die vor der Bildung des Ordnung einiger hundertste! Millimeter bis zu einem zweiten Kopfes in konische, in den Blechen vorge- oder zwei zehntel Millimetern liegt. sehene Löcher eingeführt werden. Durch ein solches